基于准比例谐振调节器的MMC双回路环流抑制方法技术

本发明专利技术公开了基于准比例谐振调节器的MMC双回路环流抑制方法，包括：根据基尔霍夫定律由三相MMC的拓扑结构和单相等效电路得到三相MMC的基本数学模型；获得更为精确的相单元瞬时能量表达式；得到内部不平衡电流直流分量的指令值；基于准PR调节器的双回路环流抑制：将MMC内部不平衡电流的环流分量和直流分量分别进行控制，并在直流分量控制回路的反馈信号中附加内部环流信号；根据本发明专利技术给出的调节器参数整定原则，可以重置控制器闭环传递函数零极点位置，从而增加控制器阻尼，提高系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于准比例谐振调节器的MMC双回路环流抑制方法
本专利技术涉及控制
，特别是涉及基于准比例谐振调节器的MMC双回路环流抑制方法。
技术介绍
模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter，MMC)具有模块化设计、功率损耗低、输出电压波形质量高以及故障处理能力强等优势。同时，MMC可以独立地控制有功功率及无功功率而无需无功补偿，不受交流系统短路容量限制、不存在换相失败问题，因此在新能源并网、孤岛供电以及构筑城市直流配电网等领域具有广阔的应用前景。基于模块化多电平换流器的高压直流输电(ModularMultilevelConverterbasedHighVoltageDirectCurrentTransmission，MMC-HVDC)逐渐成为柔性直流输电的研究热点。与传统的两电平或三电平电压源换流器(VoltageSourceConverter，VSC)相比，MMC因其特殊的拓扑结构而存在一些不足。由于MMC的储能电容分散于各个子模块中，各相单元子模块电容储能不均衡将会产生内部环流。MMC内部环流的存在使得换流器内部损耗增加，降低桥臂容量利用率。同时，内部环流会导致桥臂电流畸变，一定程度上影响电力电子开关器件正常安全运行。当换流器交流侧发生不对称故障引起电网电压不平衡时，内部环流中将会出现零序分量，该分量无法在三相桥臂中流通，势必将会流出换流站，造成直流侧电压和直流传输线路功率波动，影响其他换流站的正常运行。因此，MMC内部环流抑制研究具有重要意义。在含有MMC的交直流混联电网中，降低或消除MMC内部环流对提高桥臂容量利用率、减少内部功率损耗、提高换流器安全运行水平均具有重要意义。文章《ReducedSwitching-FrequencyModulationandCirculatingCurrentSuppressionforModularMultilevelConverters》通过二倍频负序同步旋转坐标变换将MMC内部不平衡电流转换为直流分量后，采用比例积分(ProportionalIntegral，PI)调节器进行内部环流二倍频负序分量抑制。文章《CirculatingCurrentSuppressingStrategyforMMC-HVDCBasedonNonidealProportionalResonantControllersUnderUnbalancedGridConditions》等采用准比例谐振(ProportionalResonant，PR)调节器在三相静止坐标系下直接对二倍频环流进行抑制。文章《不平衡电网电压下模块化多电平换流器的环流抑制策略》采用比例积分调节器和矢量比例积分(VectorProportionalIntegral，VPI)调节器相结合实现MMC内部环流抑制。基于同步旋转坐标变换和PI调节器的MMC内部环流抑制策略对锁相环(PhaseLockedLoop，PLL)性能要求较高，另外，该策略仅能控制内部环流的二倍频负序分量，对于电网电压不平衡时出现的二倍频正序和零序分量，则需要采取额外的控制策略进行环流抑制。基于三相静止坐标系和PR调节器的环流抑制策略可以直接将二倍频环流分量直接进行控制而不再进行相序区分。然而，PR调节器的参数选择需要考虑环流抑制控制器的环流抑制能力和对电网频率变化的鲁棒性，参数选择不合理将会降低控制器的动态性能。采用比例积分调节器和矢量比例积分(VectorProportionalIntegral，VPI)调节器相结合实现MMC内部环流抑制，该方法需要得知MMC桥臂电感和桥臂损耗等效电阻，进而确定控制器参数。然而，桥臂损耗等效电阻在不同的运行状态下通常是变化的，不合适的控制器参数对系统的动态性能影响较大。综上所述，现有技术中对于模块化多电平换流器的环流抑制问题多数以提高环流抑制能力、消除控制器稳态误差为研究目的，尚缺乏解决提高控制器环流抑制能力并有效提高控制系统稳定性的有效解决方案。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了基于准比例谐振调节器的MMC双回路环流抑制方法，本专利技术能提高控制器在谐振频率附近处的环流抑制能力，同时增强系统稳定性。基于准比例谐振调节器的MMC双回路环流抑制方法，包括：根据基尔霍夫定律由三相MMC的拓扑结构和单相等效电路得到三相MMC的基本数学模型，MMC即模块化多电平换流器的英文缩写；考虑二倍频环流抑制控制器的输出电压对MMC内部不平衡电流的影响，获得更为精确的相单元瞬时能量表达式；基于相单元瞬时能量表达式分析电网电压平衡状态和不平衡状态下的内部不平衡电流的组成成分，得到内部不平衡电流直流分量的指令值；基于准PR调节器的双回路环流抑制：将MMC内部不平衡电流的环流分量和直流分量分别进行控制，并在直流分量控制回路的反馈信号中附加内部不平衡电流环流分量；通过合理整定调节器参数以改变环流抑制控制器闭环传递函数的零极点的位置，提高控制器在谐振频率附近处的环流抑制能力和系统稳定性。进一步的，所述三相MMC的拓扑结构由三个相单元组成，每个相单元包括上下两个桥臂，每个桥臂由桥臂电感、桥臂损耗等效电阻和N个子模块串联组成。进一步的，所述三相MMC的基本数学模型具体为：表征MMC交直流侧动态特性的基尔霍夫电压方程表达式；MMC相单元内电动势、内部不平衡电压和内部不平衡电流的表达式；MMC相单元输出至交流侧电流、内部不平衡电流以及上下桥臂电流间满足的关系式；以及MMC上下桥臂电压参考值的表达式。进一步的，所述获得相单元瞬时能量表达式的步骤为：由于换流变压器采用Yn/Δ接线方式，相单元j的内电动势ej和输出电流ivj中不存在零序分量，因此，利用对称分量法将二者分解为正序和负序分量；与相单元j的内电动势ej和输出电流ivj不同，相单元j内部环流icirj和环流抑制控制器输出电压udiffj中可能含有零序分量，考虑到环流以二倍频分量为主，将二者分解为正序、负序和零序分量；根据MMC上、下桥臂的电流和电压表达式得到相单元j的瞬时功率表达式，对该表达式积分，得到相单元j的瞬时能量。进一步的，所述相单元瞬时能量表达式进行分析，具体为：当电网电压平衡时，MMC相单元j的内电动势ej和输出电流ivj仅存在正序分量，得此时MMC内部不平衡电流的二倍频分量中仅含有负序分量；考虑到二倍频环流抑制控制器输出电压udiffj应仅包含二倍频负序分量，可得MMC的内部不平衡电流中还将含有四倍频正序分量；当电网电压不平衡且采用相单元输出电流负序分量抑制策略时，相单元内电动势ej包含正序和负序分量，而输出电流ivj仅包含正序分量，可得此时MMC内部不平衡电流的二倍频分量中含有负序分量和零序分量；为实现二倍频负序和零序环流抑制，二倍频环流抑制控制器输出电压udiffj也应包含二倍频负序和零序分量，可得MMC的内部不平衡电流中还将含有四倍频正序、负序和零序分量；当电网电压不平衡且未采用相单元输出电流负序分量抑制策略时，相单元内电动势ej和输出电流ivj包含正序和负序分量，得此时MMC内部不平衡电流的二倍频分量中含有正序、负序和零序分量；考虑到二倍频环流抑制控制器输出电压udiffj的影响，可得MMC的内部不平衡电流中还将含有四倍频正序本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于准比例谐振调节器的MMC双回路环流抑制方法，其特征是，包括：根据基尔霍夫定律由三相MMC的拓扑结构和单相等效电路得到三相MMC的基本数学模型，MMC即模块化多电平换流器的英文缩写；考虑二倍频环流抑制控制器的输出电压对MMC内部不平衡电流的影响，获得相单元瞬时能量表达式；基于相单元瞬时能量表达式分析电网电压平衡状态和不平衡状态下的内部不平衡电流的组成成分，得到内部不平衡电流直流分量的指令值；基于准PR调节器的双回路环流抑制：将MMC内部不平衡电流的环流分量和直流分量分别进行控制，并在直流分量控制回路的反馈信号中附加内部环流信号；通过合理整定调节器参数以改变环流抑制控制器闭环传递函数的零极点的位置，提高控制器在谐振频率附近处的环流抑制能力和系统稳定性。

【技术特征摘要】
1.基于准比例谐振调节器的MMC双回路环流抑制方法，其特征是，包括：根据基尔霍夫定律由三相MMC的拓扑结构和单相等效电路得到三相MMC的基本数学模型，MMC即模块化多电平换流器的英文缩写；考虑二倍频环流抑制控制器的输出电压对MMC内部不平衡电流的影响，获得相单元瞬时能量表达式；基于相单元瞬时能量表达式分析电网电压平衡状态和不平衡状态下的内部不平衡电流的组成成分，得到内部不平衡电流直流分量的指令值；基于准PR调节器的双回路环流抑制：将MMC内部不平衡电流的环流分量和直流分量分别进行控制，并在直流分量控制回路的反馈信号中附加内部环流信号；通过合理整定调节器参数以改变环流抑制控制器闭环传递函数的零极点的位置，提高控制器在谐振频率附近处的环流抑制能力和系统稳定性。2.如权利要求1所述的基于准比例谐振调节器的MMC双回路环流抑制方法，其特征是，所述三相MMC的拓扑结构由三个相单元组成，每个相单元包括上下两个桥臂，每个桥臂由桥臂电感、桥臂损耗等效电阻和N个子模块串联组成。3.如权利要求1所述的基于准比例谐振调节器的MMC双回路环流抑制方法，其特征是，所述三相MMC的基本数学模型具体为：表征MMC交直流侧动态特性的基尔霍夫电压方程表达式；MMC相单元内电动势、内部不平衡电压和内部不平衡电流的表达式；MMC相单元输出至交流侧电流、内部不平衡电流以及上下桥臂电流间满足的关系式；以及MMC上下桥臂电压参考值的表达式。4.如权利要求1所述的基于准比例谐振调节器的MMC双回路环流抑制方法，其特征是，所述获得相单元瞬时能量表达式的步骤为：由于换流变压器采用Yn/Δ接线方式，相单元j的内电动势ej和输出电流ivj中不存在零序分量，因此，利用对称分量法将二者分解为正序和负序分量；与相单元j的内电动势ej和输出电流ivj不同，相单元j内部环流icirj和环流抑制控制器输出电压udiffj中可能含有零序分量，考虑到环流以二倍频分量为主，将二者分解为正序、负序和零序分量；根据MMC上、下桥臂的电流和电压表达式得到相单元j的瞬时功率表达式，对该表达式积分，得到相单元j的瞬时能量。5.如权利要求1所述的基于准比例谐振调节器的MMC双回路环流抑制方法，其特征是，所述相单元瞬时能量表达式进行分析，具体为：当电网电压平衡时，MMC相单元j的内电动势ej和输出电流ivj仅存在正序分量，得此时MMC内部不平衡电流的二倍频分量中仅含有负序分量；考虑到二倍频环流抑制控制器输出电压udiffj应仅包含二倍频负序分量，可得MMC的内部不平衡电流中还将含有四倍频正序分量。6.如权利要求1所述的基于准比例谐振调节器的MMC双回路环流...

【专利技术属性】
技术研发人员：张臣，叶华，杜延菱，刘海涛，
申请(专利权)人：山东大学，国网冀北电力有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37